124987 (717515)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

Московский Государственный Университет

имени М.В. Ломоносова

Реферат на тему:

"КРИСТАЛЛИЧЕСКАЯ И МИКРОСТРУКТУРА СОЕДИНЕНИЯ La₂CoMnO₆, ПОЛУЧЕННОГО МЕТОДОМ «РАСТВОРА-ГЕЛЯ"

2000

Использование в качестве магнитных материалов на ряду с металлическими магнитами гексаферрита стронция SrFe₁₂O₁₉ и бария BaFe₁₂O₁₉ обусловлено их относительной дешевизной [1]. При этом достижение высоких магнитных свойств используемых материалов осуществляется за счет совершенствования технологии их изготовления.

Основными параметрами, определяющими магнитные свойства ферритового порошка, являются: состав, плотность, размер частиц и распределение их по размерам [2], а также форма частиц, структурное совершенство и наличие ростовой текстуры [3]. Все перечисленные параметры, характеризующие указанный материал, в свою очередь зависят от природы и качества исходных компонентов, технологии и условий синтеза [4]. Ранее проведенные исследования показали пригодность местного сырья - Fe₂O₃ из отходов производства Белорусского металлургического завода (БМЗ) - для получения порошка гексаферрита стронция [5].При производстве SrFe₁₂O₁₉ обычно используют составы с определенным отклонением от стехиометрического соотношения между катионами в двух разных подрешетках n(Fe₂O₃/SrСO₃) < 6 [6]. Для улучшения свойств используют также замещение части катионов Fe³⁺ катионами других 3d-металлов. Это позволяет получить различные типы магнитного упорядочения при сохранении одной и той же кристаллической структуры. Получение оптимальных магнитных и технологических параметров требует полной информации о влиянии этих замещений. Особый интерес представляют исследования коррелированных неизовалентных замещений парой Me₁³⁺-Me₂²⁺ с сохранением электронейтральности [7]. Эти катионы могут входить в кристаллическую решетку гексаферрита , образуя твердые растворы замещения, как в позициях Fe³⁺, так и в позициях Sr²⁺. Такого рода заместителями являются, например, La³⁺ и Co²⁺ [8-10]. Целью настоящей работы являлось определение влияния на магнитные свойства малых ( 2 %мас.) добавок CoO в нестехиометрических гексаферритах SrFe_12-yO₁₉ с y = 1.6 при n₀ = 5.2 и y = 1 при n₀ = 5.5.

Для синтеза порошков гексаферрита SrFe_12-yO₁₉ использовали Fe₂O₃ (БМЗ), SrСO₃ (ч) и CoO квалификации (осч). Для каждого из составов концентрации СоО составляли 0.0, 1.0, 1.5 и 2.0 %мас. Синтез осуществляли после помола в вибромельнице в течение 4 ч. Шихту засыпали в алундовые тигли и помещали в печь, нагретую до температуры синтеза. Составы и температурно-временные режимы синтеза были выбраны на основании ранее проведенных исследований [11], как близкие к оптимальным по магнитным свойствам для составов без добавки. Образцы закаляли на воздухе. После синтеза все образцы исследовали методом рентгенофазового анализа (РФА) в CuK_α-излучении на установке ДРОН-3М при комнатной температуре с использованием программ полнопрофильного анализа рентгенограмм “FullProf” и “PowderCell” для определения фазового состава и степени ферритизации. Для магнитных измерений порошки прессовали в виде цилиндров 10 мм, h ~ 1011 мм при давлении прессования 2000 кГ/см². Измерения остаточной индукции B_r и коэрцитивной силы H_c проводили на гистерезисографе УИ.ФИ-400/5-003 при комнатной температуре.

Магнитные свойства гексаферритов стронция, легированных оксидами некоторых элементов, в существенной степени зависят от термостимулируемого взаимодействия между компонентами, определяющего особенности состояния компонентов на границе зерен. Предполагается, что наноразмерный слой (1-3 нм) зерен гексаферрита стронция отличается по структуре и составу от объема. Существует ряд микродобавок, улучшающих магнитные характеристики магнитов на основе гексаферритов стронция. Согласно имеющимся данным возможно как растворение вводимых микроэлементов в кристаллической структуре основной гексагональной фазы феррита, так и формирование отдельных фаз или кластерных образований в межкристаллитных зонах. Однако исчерпывающие представления о механизме их действия, основанные на экспериментальных данных, в литературе отсутствуют. Сложность изучения механизма влияния микродобавок на структуру и магнитные свойства гексаферритов обусловлена не только в их разноплановым воздействием на свойства, но, прежде всего, очень низкой их концентрацией, что требует разработки специальных методик исследования для установления состояния и возможного взаимодействия с основными компонентами сложнооксидной системы.

В данной работе рассматриваются методологические подходы к изучению микроструктуры гексаферритов стронция, морфологии зерен, характера распределения микродобавок и особенностей их химического и электронного состояния на поверхности кристаллитов и в объеме. Для получения этой информации применены высокочувствительные спектральные методы анализа поверхностного состояния твердого тела (РФЭС, Оже- и ИК-спектроскопии) в сочетании со структурными методами изучения строения веществ (РФА, СЭМ, РМА). Указанными выше спектральными методами исследовали поверхность свежеприготовленных сколов различных образцов гексаферритов стронция. Дополнительные сведения о характере распределения микроэлементов в образцах и их химическом состоянии получали из сравнительного анализа Оже- и РФЭ-спектров, записанных до и после травления поверхности сколов ионами аргона. ИК-спектры записывали методом диффузного отражения от исходных порошкообразных образцов гексаферритов и тонко диспергированных поверхностных слоев сколов спеченных образцов, содержащих микродобавки. Важно было установить, существует ли различие в ИК-спектрах исходного образца (без добавок) и поверхностного слоя зерен спеченного образца, в котором предположительно находятся микродобавки. Такое сравнительное исследование необходимо в связи со сложностью трактовки ИК-спектров твердых растворов сложнооксидных систем, для которых отсутствует удовлетворительная теоретическая база, поскольку возможно взаимодействие колебаний, появление смешанных колебаний, искажение ближайшего координационного окружения ионов при легировании другими ионами. В случае избыточного относительно стехиометрического содержания стронция в приповерхностном слое зерен, а также в присутствии легирующих добавок (бора, кремния, кальция и др.) возможны локальные деформации кристаллической решетки, изменения межатомных расстояний и электронной конфигурации катионов железа, что приводит к изменению характеристических частот колебаний связи Fe–O. Имеются данные о том, что наиболее высокая степень ковалентности связи Fe–O характерна для стехиометрического соотношения SrO:Fe₂O₃ = 1:6. Отклонение от этого соотношения в любую сторону повышает степень ионности связи Fe–O.

Исследовали исходные порошки гексаферритов стронция и спеченные изотропные и анизотропные образцы магнитных материалов, различающихся химической природой микродобавок (SiO₂, H₃BO₃, CaCO₃, SiO₂∙Al₂O₃∙H₂O, MnCO₃, La₂O₃ и др.) и величиной магнитных параметров – остаточной магнитной индукции, коэрцитивной силы и максимальной магнитной энергии. Образцы для исследований были как специально приготовленные, так и предоставленные ОП РУП «Феррит».

Проведенное исследование показало эффективность применения предложенного комплексного подхода к исследованию состояния поверхности межкристаллитных границ и поверхностных слоев зерен. С использованием указанных методов получены данные о характере распределения легирующих компонентов в кристаллической решетке феррита и на поверхности кристаллитов, выявлены особенности валентного и электронного состояния основных и примесных элементов в поверхностном слое зерен, механизм их взаимодействия на границе зерен. Сочетание методов позволило установить тонкие структурные изменения, происходящие в поликристаллических образцах гексаферрита стронция в условиях их легирования разными микродобавками.

Установлена повышенная концентрация стронция и кальция в приповерхностном слое зерен гексаферрита относительно объема и преимущественное расположение Si, B, Al в межзеренном пространстве, выявлены структурные и концентрационные неоднородности в зернах с различными размерами и огранкой. Показано, что структурные и химические неоднородности характерны для магнитных материалов, обладающих высокими параметрами максимальной магнитной энергии и совершенной зернистой структурой. Как известно, размеры элементарной ячейки гексагональной фазы SrFe₁₂O₁₉ сопоставимы с глубиной анализа оксидных материалов методом РФЭС. Все структурные неоднородности в состоянии основных элементов, а также и легирующих элементов (при их преимущественно приповерхностном расположении), могут быть различимы методом РФЭС. В частности, выявлено несколько состояний легирующих добавок (В, Ca, Si). Так, наряду с окисленными состояниями B³⁺ (Е_св В1s = 192,3 эВ) и Si⁴⁺ (Е_св Si2p_3/2 = 103 эВ) в поверхностном слое обнаруживаются состояния этих элементов со степенью окисления, близкой B⁰ (Е_св В1s = 189,6 эВ) и Si⁰ (Е_св Si2p_3/2 = 99 эВ). Характер РФЭ-спектров Sr3d, Ca2p и Fe2p позволяет предположить образование в поверхностном слое зерен гексаферрита стронция связей M–B, M–Si (M ≡ Sr, Ca, Fe). Образование связей, характерных для силицидов (CaSi, FeSi, FeSi₂ и др.), придает повышенную термическую стабильность дисперсному состоянию магнитов. Концентрация бора и кремния в исследованном образце такова, что не обеспечивает формирования отдельной металлоподобной фазы, которая могла бы оказать отрицательное влияние на магнитные свойства. Прослойка из взаимодействующих атомов основного состава и микродобавок с образованием связей M–B и M–Si в количестве, меньшем монослоя, оказывает стабилизирующее влияние на микроструктуру гексаферрита без изменения его магнитных свойств.

На основании полученных экспериментальных данных рассматриваются возможные механизмы химического взаимодействия между основными компонентами сложнооксидной системы (Fe, Sr) и легирующими добавками (Ca, B, Si).

Сравнительный анализ различий в микроструктуре и свойствах исследованных образцов позволяет наметить оптимальные пути улучшения магнитных свойств гексаферритов стронция за счет введения микродобавок без изменения технологических параметров их изготовления, что весьма важно с экономической точки зрения.

Рис.1. Порошковые рентгеновские дифрактограммы обработанные по методу Ритвельда для нестехиометрического гексаферрита SrFe_12-yO₁₉ с y = 1.6 (n₀ = 5.2) (а), для нестехиометрического гексаферрита SrFe_12-yO₁₉ с y = 1.6 (n₀ = 5.2) (б) и y = 1 (n₀ = 5.5) (в) с добавкой 2 %мас. оксида кобальта CoO.

Данные образцы были отожжены при 950 ⁰C в течение 5 ч. На рисунках представлены экспериментальные данные (верхняя кривая), допустимые позиции брэгговских рефлексов (вертикальные черточки) для фаз : 1-ый ряд – стехиометрический SrFe₁₂O₁₉; 2-ой ряд – Fe₂O₃; 3-ий ряд – SrCO₃; 4-ый ряд – стехиометрический SrFeO₃; 5-ый ряд – CoO и 6-ой ряд – CoFe₂O₄, а также разностная линия (нижняя кривая).

Все полученные образцы оказались неоднофазными. Основную долю (> 94 %об.) составляла фаза гексаферрита SrFe₁₂O₁₉. Типичные рентгенограммы и результаты их обработки по методу Ритвельда представлены на рис. 1. Образцы без добавки содержали SrFe₁₂O₁₉ (98.27 ÷ 99.82 %об.), а также следы фаз Fe₂O₃ (0.05 ÷ 0.98 %об., SrCO₃ (0.00 ÷ 0.18 %об.) и SrFeO₃ (0.04 ÷ 0.84 %об.). Фаза гексаферрита является катион-дефицитной в позициях Fe³⁺. Меньше всего примеси было обнаружено в образцах с меньшим n при низкотемпературном длительном отжиге.

Рис.2. Количество (объемное) фазы гексаферрита (а), остаточная индукция (б), коэрцитивная сила (в) и максимальная магнитная энергия (г) при комнатной температуре для образцов нестехиометрического гексаферрита SrFe_12-yO₁₉ : с n₀ = 5.2 отожженного при 950 ⁰C в течение 5 ч (1), с n₀ = 5.2 отожженного при 1050 ⁰C в течение 1.5 ч (2), с n₀ = 5.5 отожженного при 950 ⁰C в течение 5 ч (3) и с n₀ = 5.5 отожженного при 1050 ⁰C в течение 1.5 ч (4) в зависимости от соотношения катионов в разных подрешетках n.

Добавление оксида кобальта приводит к появлению еще двух фаз CoO (0.00 ÷ 1.30 %об.) и CoFe₂O₄ (0.83 ÷ 3.94 %об.), в то время как количество основной фазы SrFe₁₂O₁₉ немного уменьшается (рис. 2, а). Замещение катионов Fe³⁺ катионами Co²⁺ приводит к уменьшению остаточной индукции B_r (рис. 2, б). К уменьшению B_r ведет и уменьшение содержания фазы гексаферрита (рис. 2, а). Остаточная индукция немного возрастает для образцов с n₀ = 5.2 и n₀ = 5.5, отожженных при низкой температуре в течение длительного времени.

Коэрцитивная сила H_C для всех образцов уменьшается по мере увеличения количества добавки (рис. 2, в). Уменьшение коэрцитивной силы является следствием роста размеров зерен в результате их рекристаллизации выше критического значения, когда величина зерна совпадает с максимальным размером магнитного домена. Необходимо учитывать также, что достижение значений, близких к максимальным одновременно для остаточной индукции и коэрцитивной силы маловероятно из-за значительного несовпадения по характеру зависимостей B_r и H_c от параметров синтеза. Уменьшение остаточной индукции и коэрцитивной силы с ростом количества добавки CoO закономерно вызывает уменьшение максимальной магнитной энергии (рис. 2, г).Как следует из рис. 1, магнитные свойства у образцов, обожженных при 950 ⁰С в течение 5 ч, B_r, H_c, (BH)_max как для n₀ = 5.2, так и для n₀ = 5.5 либо постоянны, либо возрастают при увеличении n₁, n₁', при этом для n₀ = 5.5 их значения выше, чем при n₀ = 5.2. Образцы, обожженные при 1050 ⁰С в течение 1.5 ч, имеют либо постоянные значения B_r, либо уменьшающиеся H_C, (BH)_max с увеличением n как для образцов с n₀ = 5.2, так и для n₀ = 5.5. Значения магнитных параметров у составов с n₀ = 5.2 и 5.5 остаются выше, чем у замещенных образцов.

Соотношение Fe/Co сохраняется при равном количестве добавляемого СоО для составов с n₀ = 5.2 и 5.5. При степени ферритообразования более 97 % существует корреляция между магнитными свойствами и количеством образовавшегося гексаферрита, которая более выражена для составов с n₀ = 5.2, чем для составов с n₀ = 5.5. Увеличение добавки СоО до количества ≥ 3%_мас, равно как и повышение температуры синтеза до 1100 ⁰С, с выдержкой 0.5 и 6 ч, приводит к понижению содержания фазы SrFe₁₁O₁₉ и, как следствие, к уменьшению магнитных свойств.

Характеристики

Тип файла документ

Документы такого типа открываются такими программами, как Microsoft Office Word на компьютерах Windows, Apple Pages на компьютерах Mac, Open Office - бесплатная альтернатива на различных платформах, в том числе Linux. Наиболее простым и современным решением будут Google документы, так как открываются онлайн без скачивания прямо в браузере на любой платформе. Существуют российские качественные аналоги, например от Яндекса.

Будьте внимательны на мобильных устройствах, так как там используются упрощённый функционал даже в официальном приложении от Microsoft, поэтому для просмотра скачивайте PDF-версию. А если нужно редактировать файл, то используйте оригинальный файл.

Файлы такого типа обычно разбиты на страницы, а текст может быть форматированным (жирный, курсив, выбор шрифта, таблицы и т.п.), а также в него можно добавлять изображения. Формат идеально подходит для рефератов, докладов и РПЗ курсовых проектов, которые необходимо распечатать. Кстати перед печатью также сохраняйте файл в PDF, так как принтер может начудить со шрифтами.

Список файлов реферата